REDES ELÉCTRICAS AÉREAS DE MEDIA Y BAJA TENSIÓN EN …

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REDES ELÉCTRICAS AÉREAS DE MEDIA Y BAJA TENSIÓN EN LA CIUDAD DE SANTA MARTA Autor Cristian Jhuseppe Morales Alzate Universidad de Antioquia Facultad de Ingeniería, Departamento de Ingeniería Eléctrica Medellín, Colombia 2021

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REDES ELÉCTRICAS AÉREAS DE MEDIA Y

BAJA TENSIÓN EN LA CIUDAD DE SANTA

MARTA

Autor

Cristian Jhuseppe Morales Alzate

Universidad de Antioquia

Facultad de Ingeniería, Departamento de Ingeniería

Eléctrica

Medellín, Colombia

2021

REDES ELÉCTRICAS AÉREAS DE MEDIA Y BAJA TENSIÓN EN LA CIUDAD

DE SANTA MARTA

Cristian Jhuseppe Morales Alzate

Informe de práctica como requisito para optar al título de:

Ingeniero Electricista

Asesores

Nelson De Jesús Londoño Ospina - Ingeniero Electrónico

José Alejandro Álvarez Palomino - Ingeniero Electricista

Universidad de Antioquia

Facultad de Ingeniería, Departamento de Ingeniería Eléctrica

Medellín, Colombia

2021.

Contenido

Resumen ........................................................................................................................................... 1

1 Introducción ............................................................................................................................ 2

2 Objetivos ................................................................................................................................... 3

2.1 Objetivo general ............................................................................................................ 3

2.2 Específicos ........................................................................................................................ 3

3 Marco Teórico ......................................................................................................................... 4

3.1 Fundamentos Teóricos ................................................................................................. 4

3.2 Redes de distribución aéreas. .................................................................................... 4

3.3 Redes de distribución para cargas residenciales ................................................ 6

3.4 Redes trenzadas ............................................................................................................. 6

3.5 Redes chilenas ................................................................................................................ 6

3.6 Redes aéreas de media tensión. .............................................................................. 6

3.7 Distancias de seguridad .............................................................................................. 7

3.8 Unidades Constructivas ............................................................................................... 7

4 Metodología ............................................................................................................................ 7

5 Resultados y análisis ............................................................................................................ 10

5.1 Especificaciones del Proyecto ................................................................................. 10

5.2 Parámetros y restricciones de diseño .................................................................... 11

5.3 Procedimientos para el diseño del proyecto C1317 ......................................... 13

5.4 Memorias de cálculo .................................................................................................. 18

5.4.1 Regulación de media tensión del proyecto C1317 .................................. 18

5.4.2 Perdidas de media tensión del proyecto C1317 ........................................ 19

5.4.3 Cálculo de puesta a tierra y estudio de resistividad ................................. 20

5.5 Cálculos mecánicos ................................................................................................... 21

5.5.1 Tramo de red N°1 ................................................................................................. 23

5.5.2 Tramo de red N°2 ................................................................................................. 24

5.6 Unidades constructivas del proyecto C1317 ....................................................... 25

6 Conclusiones ......................................................................................................................... 29

Índice de tablas

Tabla 1. Cargas de diseño ........................................................................................................ 12

Tabla 2. Usuarios en cajas concentradoras ......................................................................... 18

Tabla 3. Cuadro de cargas proyectado .............................................................................. 18

Tabla 4. Cálculos de regulación MT ....................................................................................... 19

Tabla 5. Cálculos de pérdidas de MT .................................................................................... 19

Tabla 6. Configuraciones de puesta a tierra ....................................................................... 20

Tabla 7. Resistividad del terreno del proyecto C1317 ....................................................... 20

Tabla 8. Tipo de configuración de BT ..................................................................................... 22

Tabla 9. Cálculo de carga de rotura y tipo de apoyo en tramo 1 ............................... 23

Tabla 10. Cálculo de carga de rotura y tipo de apoyo en tramo 2 ............................ 24

Tabla 11. Unidades de obra por poste .................................................................................. 26

Tabla 12. Norma de armado MT-121 ..................................................................................... 26

Tabla 13. Materiales de obra por postes .............................................................................. 27

Tabla 14. Valor total de la mano de obra de unidades del proyecto ........................ 27

Tabla 15. Valor total de materiales del proyecto............................................................... 28

Tabla 16. Valor del presupuesto total del proyecto C1317 ............................................. 28

Índice de Figuras

Figura 1. Cartografía barrio 11 de noviembre ..................................................................... 10

Figura 2. Convenciones AIR-E................................................................................................... 13

Figura 3. Proyecto C1317 existente......................................................................................... 14

Figura 4. Asignación del primer transformador ................................................................... 16

Figura 5. Vista completa del proyecto C1317 terminado ............................................... 17

Figura 6. Tramos de red para los cálculos mecánicos ..................................................... 21

Figura 7. Apoyos del tramo 1 codificados............................................................................ 24

Figura 8. Apoyos del tramo 2 codificados............................................................................ 25

1

REDES ELÉCTRICAS AÉREAS DE MEDIA Y BAJA TENSIÓN EN LA CIUDAD

DE SANTA MARTA

Resumen

En el presente informe se da a conocer la metodología utilizada para la realización

de diseños eléctricos en la zona de la región caribe, como lo es la ciudad de Santa

Marta, buscando así el mejoramiento del servicio eléctrico, que por años ha

afectado la calidad de vida, la economía y la cultura de los habitantes de esta

región. El nuevo operador de red AIR-E busca cambiar y rediseñar las redes de

media y baja tensión existentes de esta ciudad, y en los próximos años incluirá a

toda la región de la costa.

Este proyecto comprende un riguroso planteamiento de las actividades necesarias,

para la correcta ejecución del mismo, como lo son, el análisis del terreno dónde se

llevan a cabo los diseños, el levantamiento de las redes existentes y a proyectar, los

diseños de las nuevas redes de media y baja tensión, las memorias de cálculo, las

unidades constructivas que detallan con exactitud los costos de materiales, mano

de obra y suplementos vehiculares utilizados en el proyecto. Además de llevar a

cabo la construcción del proyecto y finalmente la puesta en servicio. Todas estas

labores son realizadas por la empresa contratista ENERGIZANDO S.A.S.

El formato de diseño propuesto en este informe cumple a cabalidad el reglamento

técnico de instalaciones eléctricas RETIE, garantizando al operador de red AIR-E

operar las redes intervenidas por ENERGIZANDO S.A.S con el fin de, garantizar la

entrega de energía eléctrica de alta calidad a sus usuarios y que estos a su vez,

puedan gozar de un óptimo servicio; teniendo en cuenta que este es inaccesible

a intentos de fraude, por lo que el operador de red puede recuperar la confianza

de los clientes al mejorar su servicio.

Con este informe se busca estandarizar específicamente los diseños de redes

eléctricas de media y baja tensión, con el objetivo de mejorar el servicio de energía

brindado a los usuarios de la región y a su vez, garantizar a la empresa AIR-E que

las redes diseñadas no puedan ser intervenidas para intentos de hurto y de esta

manera, no perder la calidad del servicio prestado.

2

1 Introducción

El consumo de energía eléctrica ha crecido exponencialmente, lo que genera la

ampliación o la construcción de nuevas redes de distribución de energía eléctrica.

Cualquier diseño debe cumplir con lo establecido en el reglamento técnico de

instalaciones eléctricas (RETIE) y con la norma del operador de red donde se vaya

a llevar a cabo la construcción o remodelación de la red.

El presente proyecto consta de un rediseño de las redes aéreas de media y baja

tensión, en la ciudad de Santa Marta, además de la realización de las unidades

constructivas, para conocer con exactitud el costo detallado de materiales,

suplementos vehiculares, materiales para desmontar y la mano de obra, para la

construcción del proyecto; en el marco de los segmentos técnicos de sus

instalaciones eléctricas contemplados en el RETIE y bajo la norma del operador de

red, donde se llevará a cabo. Dichas redes se realizan a través de herrajes, postes

y conductores de cobre aislados aéreos, teniendo en cuenta una adecuada

disposición geográfica.

Así pues, este proyecto se lleva a cabo mediante un método de construcción que

posibilita la instalación de las redes de tensión a una distancia cercana a la

establecida por el RETIE y, de esta forma, evitar que individuos ajenos a los

operadores de red tengan acceso a las mismas; es decir, un diseño anti fraude y

con una gestión comercial más efectiva. Además, cuenta con el apoyo de

personal capacitado y con experiencia en las áreas de ingeniería eléctrica y afines.

Debido a los masivos casos de fraude de energía en esta región, fue necesario la

implementación de una configuración especial (chilena), la cual reduciría

exponencialmente este problema. En la ciudad donde se hizo esta modificación,

se buscó mejorar o cambiar la estructura de las redes de distribución existentes,

aumentar la seguridad de los usuarios y disminuir en gran medida el robo de

energía.

En este contexto, la empresa ENERGIZANDO S.A.S ejecuta las funciones de diseño

y construcción de dicho proyecto a cargo de la entidad AIR-E conocida

anteriormente como ELECTRICARIBE. Además, ENERGIZANDO ofrece diferentes

servicios como el diseño y montaje de sistemas de iluminación,

telecomunicaciones, entre otras actividades de ingeniería.

3

2 Objetivos

2.1 Objetivo general

Diseñar redes eléctricas de media y baja tensión que reemplazarán las existentes

en la ciudad de Santa Marta, utilizando una configuración antifraude y siguiendo

los lineamientos propuestos por el operador de red AIR-E.

2.2 Específicos

• Identificar en la zona asignada a realizar el diseño, el total de usuarios y el

estrato socioeconómico del área.

• Realizar dos planos de la zona utilizando el software AutoCAD, el plano

existente debe tener las convenciones exigidas por AIR-E y el proyectado

con la configuración chilena (antifraude).

• Validar que todos los vanos sean menores a 40 metros, cuando se deba

proyectar red chilena, e identificar los postes de media y baja tensión en mal

estado.

• Actualizar las convenciones de postes, ubicar los postes proyectados y poner

la convención aquellos a desmontar.

• Convención de trasformador a desmontar en el lugar donde esté el

existente.

• Determinar cantidad de transformadores y sus potencias, que alimentarán a

los usuarios de la zona.

• Ubicar cajas concentradoras y asignar los usuarios considerando siempre

acometidas inferiores a 60 metros y las dos reservas en cada caja

concentradora, considerar excepción a la cantidad de reservas siempre y

cuando se deba instalar una caja concentradora para un solo usuario.

• Proyectar redes, configuración especial, red chilena y red de media tensión.

• Actualizar calibres de acometidas.

• Indicar el número del gabinete al que pertenece cada usuario.

• Indicar el número del transformador al que pertenece cada usuario.

• Validar convenciones, actualizar la convención de la red de media tensión,

diferenciar la convención de postes secundarios y primarios.

• Realizar los cálculos del proyecto, tablas de amarres con el número de

medidor y que la cantidad de hilos y usuarios coincidan. También cálculos

de regulación de media y baja tensión y cálculos mecánicos para

determinar los esfuerzos de los postes de media tensión.

• Hacer las memorias de cálculo que serán entregadas junto con los planos

para revisión.

4

3 Marco Teórico

3.1 Fundamentos Teóricos

La instalación eléctrica de distribución según el (RETIE) es todo conjunto de

dispositivos y de circuitos asociados para el transporte y la transformación de

energía eléctrica, cuyas tensiones sean iguales o superiores a 120 V y menores a

57,5 Kv. [7]

3.2 Redes de distribución aéreas.

En esta modalidad, el conductor que usualmente está desnudo, va soportado a

través de aisladores instalados en crucetas, en postes de madera o concreto [1].

Las partes principales que conforman un sistema aéreo son:

• Postes: soporte vertical que funciona como apoyo, pueden ser de madera,

concreto o metálicos y sus características de peso, longitud y resistencia a la

rotura son determinadas por el tipo de construcción de los circuitos. Son

utilizados para sistemas urbanos postes de concreto de 14, 12 y 10 metros con

resistencia de rotura de 1050, 750 y 510 kg respectivamente.

• Conductores: son utilizados para circuitos primarios el Aluminio y el ACSR

desnudos y en calibres 4/0, 2/0, 1/0 y 2 AWG y para circuitos secundarios en

cables desnudos o aislados y en los mismos calibres. Estos circuitos son de 3 y 4

hilos con neutro puesto a tierra. Paralelo a estos circuitos van los conductores

de alumbrado público.

• Acometidas: conexión aérea o subterránea que conecta en las instalaciones

eléctricas la parte de la red de distribución de la empresa suministradora con la

caja o cajas generales de protección. Esta conexión es necesaria para dotar

de suministro eléctrico a la instalación de un edificio, vivienda, nave industrial o

local comercial.

• Crucetas: son utilizadas crucetas de madera inmunizada o de ángulo de hierro

galvanizado de 2 metros para 13.2 kV. y 11.4 kV. Con diagonales en varilla o de

ángulo de hierro (pie de amigo).

• Aisladores: son de tipo ANSI 55.5 para media tensión (espigo y disco) y ANSI 53.3

para baja tensión (carretes).

• Herrajes: todos los herrajes utilizados en redes aéreas de baja y mediana tensión

son de acero galvanizado. (Grapas, varillas de anclaje, tornillos de máquina,

collarines, ues, espigos, etc.).

• Equipos de seccionamiento: el seccionamiento se efectúa con cortacircuitos y

seccionadores monopolares para operar sin carga (100 A - 200 A).

5

• Transformadores y protecciones: se emplean transformadores monofásicos con

los siguientes valores de potencia o nominales: 15kVA y 25kVA protegidos por

cortacircuitos, fusible y pararrayos tipo válvula

• Cajas Concentradoras: son instaladas en postes de media tensión, reciben las

acometidas que vienen de manera independiente desde el usuario final, hasta

los bornes del transformador. Cada una tiene disponible 6 espacios que se

pueden utilizar así: 6 usuarios de 120 V ocupan un gabinete o caja

concentradora, 3 usuarios de 240 V ocupan este mismo gabinete.

En este tipo de redes el conductor va soportado sobre aisladores instalados en

crucetas que, a su vez, se encuentran en postes. En las redes aéreas también se

puede encontrar el uso de torres o torrecillas que no llevan crucetas. Los

conductores usados en su mayoría son desnudos y los materiales de la estructura

van de acuerdo al nivel y tipo de contaminación de la zona [2].

Estas redes son las que se encuentran normalmente en los sistemas de distribución

del país. La principal razón para el uso de este tipo de redes es el costo inicial de su

construcción, pero también cuenta con otras ventajas sobre las redes subterráneas.

Algunas son [2]:

• Son las más comunes y por lo tanto trabaja con materiales de fácil

consecución.

• Costo inicial de construcción más bajo.

• Tiempos de construcción más bajos.

• Fácil mantenimiento.

• Fácil localización de fallas.

• Los tiempos en la reparación de daños es menor

También se debe tener en cuenta las desventajas que tiene este tipo de

construcción respecto a las redes subterráneas, que en su mayoría se refieren a

mantenimiento y seguridad. Algunas de estas son [2]:

• Se encuentran a la vista, esto les quita estética a las ciudades.

• Ofrecen menor confiabilidad debido a las diferentes situaciones a las que

están expuestas.

• Menor seguridad (ofrece más peligro para los transeúntes).

• Requieren de mayores planes de mantenimiento preventivo para evitar

fallas y cortes de energía.

• Están expuestas y son de fácil acceso para el vandalismo.

6

3.3 Redes de distribución para cargas residenciales

Las cargas residenciales comprenden básicamente los edificios de apartamentos,

condominios, urbanizaciones, etc. Estas se caracterizan por ser totalmente resistivas

con la presencia de algunos electrodomésticos que tienen pequeñas

características reactivas. Los consumidores residenciales se encuentran bien

definidos por zonas dentro de las ciudades o urbanizaciones y se caracterizan

porque de acuerdo a las clases socioeconómicas será el consumo de energía. Los

estratos más altos de la sociedad consumen más energía [1].

Comprenden básicamente los edificios de apartamentos, multifamiliares,

condominios, urbanizaciones, etc. Estas cargas se caracterizan por ser

eminentemente resistivas (alumbrado y calefacción) y aparatos electrodomésticos

de pequeñas características reactivas. De acuerdo al nivel de vida y a los hábitos

de los consumidores residenciales y teniendo en cuenta que en los centros urbanos

las gentes se agrupan en sectores bien definidos, de acuerdo a las clases

socioeconómicas, los abonados residenciales se clasifican así [2]:

• Zona clase alta: constituida por usuarios que tienen un alto consumo de

energía eléctrica (estratos 5 y 6).

• Zona clase media: conformado por usuarios que tienen un consumo

moderado de energía eléctrica (estrato 4).

• Zona clase baja: conformado por usuarios de barrios populares que tienen

un consumo bajo de energía eléctrica (estratos 1,2 y 3).

• Zona tugurial: En la cual están los usuarios de los asentamientos espontáneos,

sin ninguna planeación urbana y que presentan un consumo muy bajo de

energía.

3.4 Redes trenzadas

Como su nombre lo indica son redes abiertas entre lazadas y recubiertas formando

un solo cable de baja tensión, siendo así más resistente y segura; además disminuye

su manipulación y la contaminación visual, sus acometidas salen de una caja de

abonado hasta los hogares [3].

3.5 Redes chilenas

Son aquellas redes cuya acometida parte del borne del transformador hasta cada

hogar de manera independiente [3].

3.6 Redes aéreas de media tensión.

Para el diseño de redes aéreas de media tensión es tan importante realizar tanto

cálculos eléctricos como cálculos mecánicos, ya que las redes no sólo dependen

7

de un buen conductor o un excelente aislamiento, también lo hacen de los apoyos

y demás elementos presentes en las estructuras [4].

3.7 Distancias de seguridad

Para el diseño de redes de distribución es necesario cumplir con las distancias de

seguridad establecidas en el RETIE para cada uno de los casos que se puedan

presentar dentro del alcance del diseño.

Las distancias de seguridad son los valores mínimos de separación que deben tener

los conductores y partes energizadas de una estructura, con respecto a

construcciones civiles y otros conductores, para cumplir con las siguientes funciones

[4]:

• Dificultar el contacto entre personas y circuitos o equipos energizados.

• Impedir que las redes de un distribuidor entre en contacto con ellas mismas

o con redes de otro y con la propiedad pública o privada.

Todas las distancias de seguridad se deben medir desde las superficies de los

conductores o elementos energizados y se deberá cumplir esta distancia tanto

vertical como horizontalmente. Las distancias de seguridad se encuentran

establecidas en el RETIE y en la NTC 2050.

3.8 Unidades Constructivas

Conjunto de elementos que conforman una unidad típica de un sistema eléctrico,

destinada a la conexión de otros elementos de una red, al transporte o a la

transformación de la energía eléctrica, o a la supervisión o al control de la

operación de activos de los STR o SDL [6].

4 Metodología

Para la elaboración de los diseños de redes de media y baja tensión, con sus

cálculos, tablas correspondientes, memorias finales y unidades constructivas, se

prosiguió con la metodología mencionada a continuación:

1. En primer lugar, se hizo un reconocimiento de los lugares donde se iban a

realizar los diseños de redes, para esto el ingeniero de diseño visitó los barrios

donde se llevaron a cabo, e hizo las pertinentes anotaciones del terreno.

2. Se identificó la matriz (Red de media tensión que proviene de la

electrificadora), esto con el fin de establecer los puntos de conexión más

cercanos para ubicar los nuevos transformadores.

8

3. El ingeniero junto con los auxiliares, dividieron cada barrio por zonas, estas se

establecieron según cada transformador existente y el número de usuarios

que alimentaba.

4. El ingeniero de campo, junto con su equipo de trabajo hicieron los

levantamientos de cada zona, se observó y detalló el estado de los postes

de media y baja tensión, la potencia de cada transformador existente y las

medidas de resistividad para estas zonas. Se tomó un registro fotográfico de

estos datos.

5. Se identificaron los usuarios que alimentaba cada transformador, el número

de contador de cada residencia o local comercial, su dirección y la tensión

a la cual se alimentaba cada usuario (120 V o 240 V). Así también el estrato

socioeconómico de la zona, para tener un estimado de la potencia que

consumían estos usuarios.

6. Teniendo esta información digital, se comenzó a trazar la red, en el plano de

diseño con el software AUTOCAD, en este plano se detallaron los datos

obtenidos en campo para cada zona, con los parámetros y normas

eléctricas obtenidas de los ingenieros.

7. Luego de tener el plano de diseño existente, se comenzó a elaborar el plano

proyectado, en este se asignaron los usuarios de la zona a cada

transformador, teniendo en cuenta que solo permitieron inicialmente

transformadores de 15 kVA y 25 kVA, tiempo después se permitió utilizar

transformadores de 37.5 kVA, pero este no es el caso del presente informe.

8. Los transformadores se instalaron únicamente en postes de media tensión de

12 metros, auto soportados. Un poste de media tensión sólo podía tener un

transformador instalado.

9. Cada transformador tenía asignado un máximo de 4 cajas concentradoras,

y estas a su vez, tenían máximo 6 de los 8 espacios utilizados, de tal manera

que un usuario con carga de 120V ocupó un espacio, y un usuario con carga

de 240V ocupó dos espacios de una caja concentradora.

9

10. No se permitió tener cajas concentradoras que pertenecieran a dos o más

transformadores en un mismo poste de media tensión.

11. Las acometidas de los usuarios se conectaron al cable mensajero (Red

Chilena), el cual es un cable de acero galvanizado y des energizado. Las

distancias de las acometidas no superaron los 60 metros, desde el contador

hasta cada caja concentradora, esto por restricción del operador AIR-E.

12. Los postes de media y baja tensión conectados entre sí con red chilena, no

superaron los 40 metros de distancia entre ellos, esto también por restricción

del operador AIR-E

13. Se hizo una descripción de los amarres, la cantidad de usuarios, sus hilos, el

gabinete al cual pertenecían y el poste de media tensión donde estaban

instalados los gabinetes.

14. Se formularon los cálculos de regulación de media y baja tensión, los cuales

no superaron el 5% de caída de tensión, desde la matriz hasta el poste

anterior con el último transformador.

15. Se hicieron los cálculos mecánicos de los postes de media tensión de cada

zona, con sus coordenadas geográficas en Google Earth, con estos datos se

verificó la disposición de los postes, su armado, el esfuerzo mecánico que

debían soportar y las normas de su tendido.

16. Seguidamente se elaboró las memorias de cálculo con todos los datos

mencionados anteriormente.

17. Se envió la carpeta con los planos, los anexos y las memorias para ser

revisados por el Ingeniero encargado.

18. Se realizaron las unidades constructivas para conocer con exactitud el costo

de los materiales, suplementos vehiculares, costo de desmonte de los postes

y redes existentes y la mano de obra que llevaría la construcción de cada

proyecto.

10

19. Finalmente se envió cada proyecto a la ciudad de Santa Marta para iniciar

las obras de construcción.

5 Resultados y análisis

Se cumplió el objetivo principal, el cual buscaba garantizar un óptimo diseño de

cada proyecto de redes, se hizo un desarrollo eficiente de las unidades

constructivas para avalar los materiales empleados en cada uno, se adquirieron

conocimientos y conceptos que ayudaron a realizar de manera correcta dichos

diseños, cumpliendo con todas las exigencias establecidas por las normas

colombianas, de esta manera se aseguró la conformidad con el diseño, al

operador de red AIR-E. A continuación, se hará un resumen de un proyecto en

específico y las actividades realizadas para su desarrollo, junto con sus unidades

constructivas, este mismo procedimiento se realizó en los diferentes barrios de las

regiones mencionadas con anterioridad.

5.1 Especificaciones del Proyecto

Inicialmente se fraccionaron los barrios a los que se procedió a realizar los diseños,

estas divisiones se hicieron por cantidad de transformadores existentes, cubriendo

así algunas cuadras, dependiendo del número de usuarios que alimentaban y la

potencia instalada.

Figura 1. Cartografía barrio 11 de noviembre

11

En la figura 1 se observa cómo se fraccionaron los proyectos. Encerrados en

círculos, se encuentran algunos de los transformadores que había anteriormente en

esta zona. Cada transformador de estos equivale a un proyecto. Se tuvo que

reemplazar dicho transformador, por varios que alimentaran a todos los usuarios

que este tenía asociado. Igualmente se realizaron cambios en las redes de media

tensión, excluyendo las que hacían parte de la matriz proveniente de la

electrificadora. Además, se desmontaron las redes de baja tensión y acometidas,

que fueron sustituidas por la configuración chilena.

5.2 Parámetros y restricciones de diseño

El operador de red AIR-E, estipuló realizar los diseños bajo los siguientes parámetros

y restricciones:

• Un proyecto equivale a un transformador existente, o en su defecto dos

transformadores en paralelo.

• Vanos inferiores a 40 m (Distancia entre postes).

• Acometidas inferiores a 60 m.

• Red de MT en cable AAAC 123.3.

• Postes de MT de 12 m con carga de rotura de 1030 daN y 1324 daN.

• Postes de BT de 9 m con carga de rotura de 1030 daN.

• Todos los postes en mal estado se deben reemplazar.

• Transformadores de 15 kVA y 25 kVA.

• Cajas concentradoras y transformadores sólo en postes MT.-

• Acometidas en cable concéntrico (calibre mínimo N° 6).

• Red trenzada sólo entre postes con cajas concentradoras de un mismo

transformador (calibre 1/0).

• Poste con red trenzada debe llevar retenida en configuración especial 3/8”.

• Postes BT en fin de línea deben llevar retenida sencilla.

• Indicar la ubicación y el número del cortocircuito que protege el ramal que

alimenta los transformadores proyectados.

• En los casos en los que no es posible cumplir con las distancias de seguridad

hacer una nota de desviación a la NTC 2050 y RETIE.

• No se pueden hacer cruces de vía en la troncal con la red de BT.

• Cada caja concentradora tiene 8 espacios.

• Considerar dos reservas por caja concentradora (medidor 120 V un puesto,

240 V dos puestos).

• Se deben eliminar transformadores en paralelo (un transformador por poste).

• No se puede instalar transformadores, ni cajas concentradoras debajo de la

matriz.

12

• Los transformadores que estén ubicados debajo de la matriz se deben

trasladar.

• Se permiten postes de 9 m debajo de la matriz, pero solo pueden llevar la

red chilena (mensajero).

Otro de los factores que se tuvo en cuenta a la hora de realizar cada diseño, fue el

estrato socioeconómico de la zona. Éste dato permitía estimar cuanta potencia

inicial podían consumir los usuarios y así calcular cuántos transformadores de 15

kVA y 25 kVA iban a reemplazar al transformador del proyecto.

Tabla 1. Cargas de diseño

En la tabla 1, se muestra el valor de potencia inicial estimada, para diseñar los

transformadores, según el estrato socio económico de la región caribe.

13

Figura 2. Convenciones AIR-E

En la figura 2. se muestran las convenciones proporcionadas por el operador de red

de AIR-E, para realizar los diseños de los proyectos.

5.3 Procedimientos para el diseño del proyecto C1317

El proyecto elegido para mostrar los resultados y análisis, es el proyecto C1317 del

barrio 11 de noviembre, de la ciudad de Santa Marta. Este proyecto se conecta de

manera bifásica desde la matriz. Tiene un transformador existente de 75 kVA que

alimenta a 71 usuarios, de los cuales 53 están conectados a 120 V y 18 están

conectados a 240 V. Este barrio posee un estrato socioeconómico Bajo, conocido

también como estrato 1, por lo que, los usuarios de esta zona consumen

aproximadamente 1 kW de potencia cada uno. El cálculo de cuántos

transformadores de 15 kVA y 25 kVA se necesitan en este proyecto para alimentar

a los 71 usuarios se describe con la siguiente ecuación.

𝑁° 𝑑𝑒 𝑇𝑟𝑎𝑓𝑜𝑠 (25 𝑘𝑉𝐴) =71 ∗ 1

25

14

𝑁° 𝑑𝑒 𝑇𝑟𝑎𝑓𝑜𝑠 (25 𝑘𝑉𝐴) = 2,84

Se necesitan aproximadamente 3 transformadores de 25 kVA para alimentar a los

71 usuarios estrato 1 (1 kW de potencia inicial), del proyecto C1317. De igual forma

se realiza el cálculo para transformadores de 15 kVA.

En teoría es sencillo realizar este cálculo, pero en el ejercicio práctico esto puede

cambiar completamente, debido principalmente a las restricciones mencionadas

anteriormente.

Figura 3. Proyecto C1317 existente

En la figura 3 se contempla el proyecto C1317 en plano existente, esto es, antes de

realizar los diseños con las normativas y parámetros del operador de red. Encerrado

en círculo “color cian”, se observa el transformador de 75 kVA que alimentaba a

los 71 usuarios, los cuales se conectaban por medio de las acometidas “color

magenta” y estas a su vez se conectaban en cada poste de media o baja tensión,

a los conductores de baja tensión “color rojo”.

Una vez analizado el plano existente, se comienzan a realizar las modificaciones

pertinentes, comenzando por el estado de los postes de media y baja tensión que

se encuentran en esta zona. Los postes en mal estado o que no cumplen las

restricciones anteriormente mencionadas, se les pone convención de desmontaje

y se reemplaza por postes válidos para el diseño. Además, en el poste dónde está

el transformador existente se pone la convención de transformador para

15

desmontaje. Únicamente se dejan en el plano existente los postes en buen estado,

con la altura y carga de rotura autorizada.

Posteriormente, se enumera la cantidad de usuarios conectados a 120 V y a 240 V,

llamados también cómo usuarios 2H y 3H respectivamente, esto con el fin de

ubicarlos correctamente en las cajas concentradoras, que servirán como enlace

entre las acometidas y los bornes del transformador. Se sabe que cada caja

concentradora soporta 6 espacios, de manera que un usuario 2H ocupa 1 espacio

y uno 3H, ocupa 2 espacios. Cuando un usuario se asigna a una caja

concentradora, se debe poner en el plano a que gabinete fue asignado con las

siglas GB-0XX, dónde X es el número de la caja correspondiente.

Es necesario hacer un óptimo uso de la capacidad del transformador, es decir,

dejarlo operando entre el 80% y el 100% de su capacidad.

El cálculo del porcentaje de capacidad de un transformador se describe a

continuación:

𝐶𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑇𝑟𝑎𝑓𝑜 =21 ∗ 1

25

𝐶𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑇𝑟𝑎𝑓𝑜 = 0,84 = 84%

Esto es, si a un transformador de 25 kVA, se le asignan 21 usuarios estrato 1, el

transformador opera al 84% de su capacidad. Este valor está dentro del rango

permitido por lo tanto puede trabajar de manera eficiente.

Esta misma operación es válida para uno de 15 kVA. Se busca que todos los

transformadores trabajen en el rango de capacidad permitida.

Se comienzan a asignar usuarios cuidadosamente, en las cajas concentradoras y

a establecer transformadores en postes de MT, cumpliendo con las notas

mencionadas con antelación: máximo 60 m de acometida desde la residencia,

hasta la caja concentradora a la que fue asignado el usuario; máximo 6 espacios

de cada gabinete utilizados; máximo 4 cajas concentradoras por poste; no pueden

haber cajas concentradoras de diferentes transformadores en un mismo poste; se

pueden instalar cajas concentradoras de un mismo transformador en más de dos

postes, estos se deben conectar por medio de una red trenzada; se permite

máximo 40 metros de longitud entre postes y finalmente que los usuarios asignados

al transformador no sobre pase la capacidad permitida.

16

Figura 4. Asignación del primer transformador

En la figura 4, se evidencia el planteamiento del primer transformador, iniciando por

los usuarios de la parte superior derecha. Se seleccionaron 5 usuarios, 4 de 2H y 1

de 3H, los cuales se conectaron al primer gabinete, ocupando así sus 6 espacios

permitidos, se anotaron con el enunciado GB-001. De igual forma se hizo para los

21 usuarios que alimentó el transformador, cuya capacidad es de 25 kVA. Se

observa que fueron necesarias 4 cajas concentradoras “rectángulos color

magenta” para los mismos. La ubicación de este transformador se hizo de manera

estratégica, ya que las acometidas no debían pasar de 60 m de longitud hasta los

gabinetes, por lo que el centro de carga se hizo en el segundo poste de MT.

Al haber usuarios que sobre pasaban la distancia permitida, fue necesario dejar 2

cajas concentradoras en el primer poste de MT y poner las siguientes 2 en el poste

donde está el transformador. Dichas cajas se conectan entre sí, mediante una red

trenzada “color rojo”, las acometidas “color azul” se miden de manera

perpendicular desde la residencia hasta el cable mensajero “color blanco” y

posteriormente desde ese punto siguiendo el recorrido del mensajero hasta llegar

al gabinete correspondiente, por lo que esta medida se toma en forma de L.

Finalmente los postes de MT se conectan entre si a través de un conductor calibre

AAAC 123.3 “color magenta”.

En esta figura, también se contempla la convención de desmonte de postes de BT,

debido a que eran de 8 m, los cuales se reemplazaron por postes de MT de 12m

para soportar las cajas y el transformador, donde además se instala un poste BT de

9m en el extremo derecho para el cable mensajero, el cual al ser fin de línea

necesita una retenida sencilla. Además, en los postes con cajas concentradores,

se observan las retenidas en configuración especial de 3/8”.

17

Por lo anterior, se destaca el cumplimiento de los criterios de diseño indicados

anteriormente, para este primer transformador TP001 y los 21 usuarios asociados al

mismo e igualmente se emplearon las convenciones propuestas por el operador de

red. Se repite este mismo procedimiento, hasta ubicar los 71 usuarios de este

proyecto, a los transformadores que sean necesarios.

Figura 5. Vista completa del proyecto C1317 terminado

En la figura 5 se presenta el proyecto C1317 en plano proyectado, completamente

terminado. Esto significa que los 71 usuarios quedaron debidamente asignados a

centros de transformación y se cumplieron todos los criterios de diseño antepuestos.

Se requirieron 8 postes de MT y 7 postes de BT nuevos, solo se dejó 1 poste existente

ya que era el único que cumplía las normas mencionadas. Se resalta que fueron

necesarios cuatro transformadores para alimentar a estos usuarios, dos de 25 kVA y

dos de 15 kVA, además de 15 cajas concentradoras. Inicialmente se habían

estimado tres transformadores de 25 kVA para alimentarlos, lo cual no fue posible,

ya que las distancias permitidas y cantidad de usuarios 2H y 3H, alteró ese cálculo

ideal.

18

Tabla 2. Usuarios en cajas concentradoras

En la tabla 2, se observa la cantidad de usuarios 2H y 3H pertenecientes a cada

transformador y a su respectivo poste MT, la cantidad de gabinetes necesarios para

instalar los usuarios y los espacios libres de las cajas concentradoras para futuras

expansiones. También se conoce el tipo de herraje que llevaría el poste, si es sencillo

para 2 cajas o doble para 3 o 4 cajas.

Tabla 3. Cuadro de cargas proyectado

En la tabla 3, se contempla el porcentaje de cargabilidad de los cuatro

transformadores instalados en el proyecto, su capacidad y cuántos usuarios

alimenta cada uno. Se observa que la cargabilidad de los mismos se encuentra

dentro del rango permitido por el operador de red.

En este punto se tiene el diseño del proyecto C1317 en Autocad, sin embargo,

hacen falta las normas de los armados de los postes de MT, calcular las cargas de

rotura, regulación y perdidas, resistividad del terreno y finalmente, UUCC para

conocer el costo total del proyecto. El siguiente paso es realizar las memorias de

cálculo, las cuales comprende parte de los ítems anteriormente nombrados. De

esta manera, se analiza si el proyecto cumple el reglamento técnico y la normativa

del operador de red.

5.4 Memorias de cálculo

El contenido de las memorias de cálculo se detalla a continuación, por simplicidad

del presente informe, no se ahonda en todo el contenido de dichas memorias, por

lo que se presentarán los aspectos más relevantes.

5.4.1 Regulación de media tensión del proyecto C1317

19

Tabla 4. Cálculos de regulación MT

La tabla 4, obedece a los cálculos de regulación de los postes de media tensión. El

método para lograr esta regulación se describe de esta manera:

Primero se toma el poste más cercano a la matriz, luego se obtiene la distancia

entre este y el poste siguiente, seguido del segundo y el tercero. Se repite hasta

llegar al penúltimo poste con transformador instalado, y así se obtiene la longitud

en KM de los apoyos. La demanda máxima es la sumatoria de las capacidades de

los transformadores del proyecto, donde el poste más cercano a la matriz tiene la

máxima capacidad, el segundo poste tiene instalado un transformador de 15 kVA,

por lo que se descuenta este valor en la capacidad máxima, se repite hasta quedar

con una capacidad de 25 kVA, puesto que este es el transformador más alejado.

Los valores en kW se obtienen multiplicando por el factor de potencia, que para

este proyecto es de 0.9. La regulación parcial es el producto entre la longitud en

KM, la capacidad máxima en kW y la constante K. La primera regulación

acumulada es igual a la primera regulación parcial, la segunda acumulada es la

suma del valor obtenido más la segunda regulación parcial; se repite este proceso

hasta llegar a la última casilla. Este valor es el porcentaje de regulación requerido,

el cual no debe superar el 5% por RETIE. Se cumple que los valores de regulación

del proyecto C1317 está dentro del límite permitido.

5.4.2 Perdidas de media tensión del proyecto C1317

Tabla 5. Cálculos de pérdidas de MT

20

La tabla 5, muestra los cálculos de pérdidas de MT. El procedimiento para obtener

estos datos es exactamente igual al de la tabla 3, cuya única diferencia es el valor

de la constante K. El porcentaje de pérdidas, al igual que el de regulación, no debe

superar el 5%, por consiguiente, se obtiene que los valores de pérdidas del proyecto

están dentro del límite permitido.

5.4.3 Cálculo de puesta a tierra y estudio de resistividad

Tabla 6. Configuraciones de puesta a tierra

La tabla 6, especifica la selección óptima del electrodo de puesta a tierra según el

valor arrojado en el estudio de resistividad del suelo.

Tabla 7. Resistividad del terreno del proyecto C1317

La tabla 7, arroja las medidas de resistividad que fueron tomadas el día 13 de

noviembre de 2020 con un telurómetro marca UN-T, UT523A. Se determinó que la

resistividad promedio es de 16,78 Ω*m, por lo que, basados en la tabla de

21

configuraciones de puestas a tierra, se precisa que la configuración optima está

conformada por un electrodo de difusión vertical.

5.5 Cálculos mecánicos

Figura 6. Tramos de red para los cálculos mecánicos

Un tramo de red se determina por la cantidad de postes MT que se abarcan al

trazar una línea recta, sin hacer un ángulo mayor de 90° entre postes. En la figura

6, se evalúan los dos únicos tramos de red que se aprecian en el proyecto C1317

“líneas color cian y verde”. Los tramos de red se utilizan para conocer los esfuerzos

mecánicos o cargas de rotura que deben soportar los postes al instalar los

transformadores, cajas concentradoras y los armados de MT bifásicas o trifásicos,

según sea el caso, que deben llevar estos apoyos.

Los tipos de apoyo se clasifican según el ángulo que hay entre un poste y su

consecutivo, a excepción del primero y el último poste del tramo, ya que estos son

siempre fin de línea (FL) o terminales. A continuación, se especifica la clasificación

de los tipos de apoyos para los proyectos de AIR-E.

• FL = Fin de línea (terminal)

• AL = Alineación (suspensión): ángulo <5°

• ANG = Angulo: 5°<ángulo<20°-30°

• ANG = Angulo: 20°-30°<ángulo<60°

• AGC = Anclaje: 60°<ángulo

22

La codificación o normas de armados para los apoyos, tanto de BT cómo MT se

describen con la siguiente metodología:

I. Armado BT-AB, dónde BT (baja tensión)

A = Código de configuración:

1. Con aislador carrete

2. Con grapas y pinzas

3. Especial

4. Tipo de Acometidas (chilena)

B = tipo de configuración

Tabla 8. Tipo de configuración de BT

En la tabla 8, se evidencia las diferentes configuraciones posibles de las redes BT

para los proyectos.

• Normas de la configuración especial BT-31, BT-32, BT-33 y BT-36; hace

referencia a la red trenzada protegida por la red de media.

• Normas para red chilena BT-41, BT-42 y BT-45; hace referencia a la

configuración del mensajero en el poste.

II. Armado MT-ABC

A = Código de la configuración:

1. Tipo bandera

2. Tipo triangular

3. Tipo horizontal

4. Tipo vertical

5. Tipo compacta

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B = Numero de fases:

1. Una fase

2. Bifásico

3. trifásico

C = Tipo de configuración

1. Fin de línea (terminal)

2. Alineación (suspensión) y ángulo <5°

3. 5°<ángulo<20°-30°

4. 20°-30°<ángulo<60°.

5.5.1 Tramo de red N°1

Para el proyecto C1317 se utilizan normas bifásicas, como se especificó

anteriormente. Este proyecto se conecta de dos fases de la matriz, por lo que todas

las normas de armados serían: MT-121, MT-122, MT-123, MT-124.

Tabla 9. Cálculo de carga de rotura y tipo de apoyo en tramo 1

La tabla 9, para el primer tramo “color verde” en la figura 6, muestra un breve

resumen de un documento de Excel formulado y proporcionado por Energizando

S.A.S, para la obtención de los cálculos mecánicos de manera automática con la

georreferenciación y los elementos instalados, transformadores y cajas

concentradoras, de todos los apoyos que comprenden el tramo 1. Con estos datos

el programa proporciona la carga de rotura total, el tipo de apoyo y los ángulos

de cada poste.

24

Figura 7. Apoyos del tramo 1 codificados

En la figura 1, se observan los postes del tramo 1 con las normas de MT, BT, y los

cálculos mecánicos en daN, cumpliendo así el formato requerido por el operador

AIR-E.

5.5.2 Tramo de red N°2

Tabla 10. Cálculo de carga de rotura y tipo de apoyo en tramo 2

La tabla 10, es similar a la tabla 9, esta comprende el segundo tramo de red “color

cian” en la gráfica 6. Aquí se observan las codificaciones y cargas de rotura

arrojadas por el programa en Excel, que deben tener los postes de este tramo.

25

Figura 8. Apoyos del tramo 2 codificados

En la figura 8, se observan los postes del tramo 2 con las normas de MT, BT, y los

cálculos mecánicos en daN, cumpliendo así el formato requerido por el operador

de red.

Se hace la salvedad que los postes de BT no se someten a cálculos mecánicos ya

que en estos no van instalados transformadores ni cajas concentradoras y las

cargas de rotura siempre son 1030 daN, por lo que a estos postes solo se les pone

las normas BT pertinentes mencionadas anteriormente.

5.6 Unidades constructivas del proyecto C1317

Las unidades constructivas para estos proyectos, se realizaron con un formato

suministrado por AIR-E. El formato presentaba ciertos problemas tales como precios

de materiales desactualizados y otros de estos no contaban con base de datos.

Por esta razón se hizo una base de datos complementaria, que será terminada por

los ingenieros a cargo.

El proceso para realizar estas unidades constructivas es extenso, por lo que a

continuación se describe un resumen sustancioso del procedimiento realizado:

Primero se clasifican las unidades del proyecto como los postes MT y BT, armados

de MT con las normas obtenidas (FL, AL, ANG), los armados de BT con sus

respectivas normas, los armados de los transformadores, amarras, fusibles,

abrazaderas, metros de líneas de MT, BT, retenidas, puestas a tierra, aisladores,

26

fijaciones, conexiones, soportes, cimentaciones, suplementos vehiculares, mano de

obra, etc.

Tabla 11. Unidades de obra por poste

En la tabla 11, se presenta una breve lista del total de unidades que comprende el

proyecto C1317. En descripción aparece el nombre que el operador de red dispuso

para las unidades, donde cada unidad tiene un código de búsqueda, que se usa

para acceder fácilmente a la base de datos y saber los materiales que poseen las

unidades. Además, se muestra la cantidad total de unidades que necesita el

proyecto, clasificados por poste y a su vez, al transformador al que pertenece.

Cada una de las unidades de esta tabla y las faltantes, tienen ligados unos

materiales, como ejemplo, el armado MT para configuración fin de línea MT-121.

Esta unidad posee tornillos, arandelas, cruceta metálica, brazo angular, grilletes,

grapas, pernos y abrazaderas.

Tabla 12. Norma de armado MT-121

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La tabla 12, muestra todos los materiales que posee la unidad de armado de MT

en configuración fin de línea y la cantidad de esos materiales que necesita. Todos

los materiales se recopilan en otra lista extensa, la cual también es difícil mostrar en

totalidad en el presente informe.

Tabla 13. Materiales de obra por postes

En la tabla 13, se aprecia una breve lista de los materiales que conlleva la

construcción de un proyecto. Al igual que la tabla 11, estos materiales también se

encuentran clasificados por poste y a su vez por transformador.

El código de material es para acceder a la base de datos, la descripción es el

nombre técnico con el que el operador de red conoce los materiales del proyecto.

Precio Mínimo es el valor en pesos colombianos del material por unidad. Aportación

Material, indica quien es el responsable de asumir el costo del material, C:

contratista (Energizando), E: empresa (AIR-E)

Tabla 14. Valor total de la mano de obra de unidades del proyecto

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En la tabla 14, se muestra el valor total de la mano de obra que costarían todas las

unidades, en la tabla se aprecia el final de una extensa lista de unidades, cuya

mano de obra cuesta 60’593.306 al proyecto.

Tabla 15. Valor total de materiales del proyecto

En la tabla 15, tenemos nuevamente una breve lista del total de materiales

empleados en el proyecto, en este caso se muestra el precio por unidad, la

cantidad de material que se utiliza quien lo aporta y el valor total del costo que

debe asumir la entidad encargada para realizar el proyecto C1317. El “total

contrata” es el valor que debe asumir la entidad encargada de realizar las obras,

en este caso Energizando S.A.S tal importe es de $5.394.979. Y total Empresa es el

valor que debe asumir AIR-E, este importe es de $64.073.487. Debido a que es la

empresa contratante y quien mayores beneficios obtiene al realizar este y cada

uno de los proyectos, es la entidad que debe asumir la mayoría de materiales.

Tabla 16. Valor del presupuesto total del proyecto C1317

29

Finalmente, en la tabla 16, se tiene el valor total de del costo para realizar el

proyecto C1317, además de resumir los costos mencionados en las tablas

anteriores. Se tiene que el valor total de construir el proyecto C1317 que tiene

asociados 71 usuarios y 4 transformadores, es de $130.061.773

6 Conclusiones

• Al culminar este proyecto se obtuvo un gran aprendizaje en el ámbito de

diseño, puesto que se desarrolló notablemente habilidades en el manejo del

software Autocad, así como en las normas técnicas para la construcción de

redes de media y baja tensión, las cuales son herramientas fundamentales

para la materialización de dicho proyecto y actividades afines. Sin embargo,

el conocimiento que más se adquirió fue el desarrollo de unidades

constructivas, tema en el que se hizo especial profundidad, puesto que se

trabajó en este durante 4 de los 6 meses que duró la práctica.

• Se cumplió el objetivo general del proyecto, puesto que se diseñaron las

redes de media y baja tensión en las regiones de la costa caribe

mencionadas. Se logró cumpliendo el reglamento técnico y las normas

internas del operador de red.

30

• Se dio cumplimiento a los objetivos específicos para realizar un diseño

óptimo del proyecto y de las unidades constructivas. Este diseño fue

aprobado por los ingenieros encargados de los proyectos, fue sometido a

interventoría por parte del operador de red AIR-E y finalmente se llevó a

etapa de construcción.

Referencias Bibliográficas

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viviendas corales -cuba». [En línea]. Disponible en:

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ce=1&isAllowed=y. [Accedido: 20-12-2020].

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barrio el piñoncito de campo de la cruz». [En línea]. Disponible en:

https://repositorio.cuc.edu.co/bitstream/handle/11323/632/1140826625%20-

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[3] Grupo AIRE-E, «Proyectos de Redes AIR-E (29-11-2020)», p. 3.

[4] «Diseño, calculos electricos y mecanicos de un proyecto de electrificacion rural en la

comunidad tisey municipio de wiwili.». [En línea]. Disponible en:

https://core.ac.uk/download/pdf/250142793.pdf. [Accedido: 20-12-2020].

[5] Grupo AIRE-E, «Proyecto tipo líneas eléctricas aéreas trenzadas de BT», p. 52.

[6] «Concepto de la CREG sobre la conceptualización de las Unidades Constructivas (UC)». [En

línea]. Disponible en: https://www.prensajuridica.com/details/item/2847-concepto-de-la-creg-

sobre-la-conceptualizaci%C3%B3n-de-las-unidades-constructivas-uc.html. [Accedido: 29-05-2021].

[7] «ANEXO GENERAL REGLAMENTO TÉCNICO DE INSTALACIONES ELÉCTRICAS (RETIE)». [En línea].

Disponible en:

https://www.minenergia.gov.co/documents/10180/1179442/Anexo+General+del+RETIE+vigente+

actualizado+a+2015-1.pdf/57874c58-e61e-4104-8b8c-b64dbabedb13. [Accedido: 07-06-2021].